步步高高考化学二轮复习 2023年 (二)化工工艺流程

(二)化工工艺流程

I.锂辉石矿(主要含有LiAlSi2O6,还含有少量Fe2+、Mg2+)是主要锂源，现利用锂辉石矿制

取LiBr,用于高级电池的电解质、医用镇静剂等。工艺流程如下：

3()%

稀硫酸石灰石H2C2O4H2O2NaOH

JLIIII

锂辉石TWWWWW]~[除镁除铁1

稀硫酸纯碱CO(N?2)2B

TT

(除铝I沉锂)_1客-1降温结晶卜血「•H2O

I

滤液

(1)锂辉石中主要成分LiAlSi2O6改写为氧化物形式为。

(2)工业选择石灰石进行“中和”而不选择纯碱主要考虑的是;在“除镁除铁(调节

pH*ll)”步骤中得到的滤渣中含铁成分是:写出“除铝”所发生反应的离子方

程式：。

(3)碳酸锂在水中的溶解度较小，其一1g反皿与温度t关系如下表：

tl℃01020304050607080

—1gKsp1.441.531.631.711.801.902.002.212.43

由此可知碳酸锂在水中的溶解热效应(填或)0；加入纯碱试剂进行“沉

锂”后，依次进行保温静置、(填序号)。

①洗涤②趁热过滤③离心分离

(4)在“合成”中，碳酸锂粉末分次少量加入冰水中溶解，再加入尿素搅拌得到“料液”，料

液中徐徐加入浪，控制pH=5.0,反应生成LiBr和两种无色无味气体，写出化学方程式：

+

答案(l)Li2OA12O34SiC>2(2)石灰石价廉易得Fe(OH)3AIO7+H+H2O=A1(OH)3I

(3)<③②①(4)3Li2co3+CO(NH2)2+3Br2=6LiBr+4c。2t+N2f+2H2O

解析(2)工业选择石灰石进行“中和”而不选择纯碱是因为石灰石价廉易得，生产成本低；

“除镁除铁”发生的反应为加入氢氧化钠溶液将溶液中铁离子、镁离子转化为氢氧化铁、氢

氧化镁沉淀，铝离子转化为偏铝酸根离子；除铝发生的反应为加入适量稀硫酸，将溶液中的

+

偏铝酸根离子转化为氢氧化铝沉淀，反应的离子方程式为AI07+H+H2O=A1(OH)3Io

(3)由表格数据可知，碳酸锂的溶解度随着温度的升高而减小，说明碳酸锂在水中的溶解为放

热过程，热效应A//<0;加入纯碱试剂进行沉锂后，为减少碳酸锂沉淀的损失，得到碳酸锂

沉淀的操作为进行保温静置、离心分离、趁热过滤、洗涤。(4)由题意可知合成中发生的反应

为碳酸锂粉末在低温条件下与尿素和;臭反应生成淡化锂、二氧化碳和氮气，反应的化学方程

式为3Li2CO3+CO(NH2)2+3Br2=6LiBr+4CO2t+N2t+2H2O(>

2.五氧化二机(V2O5)广泛用于冶金、化工等行业，用作合金添加剂、生产硫酸或石油精炼用

的催化剂等。从废钢催化剂(含有K2s04、V2O5、V2O4、SiO2>Fe2O3,NiO等)中回收钮，既

能避免对环境的污染，又能节约宝贵的资源，回收工艺流程如下：

FeS。」HO

废稀硫酸I呼

钮I还

-素_调过滤滤渣

催酸一原2

化,pH-

浸转滤液2f萃取一水相

剂化

滤渣1

NH.CUNH；,H2SO,,KC1O3有机相

vq$一燃烧一沉锐一氧化2一水相一反萃取一有机相

已知：①“酸浸”时V2O5和V2O4与稀硫酸反应分别生成V0」和V02+。

②溶液中V0：与VO^可相互转化：VOI+H2OVO?+2H+,且NH4VO3为沉淀。

(1)“酸浸”前，需对废钿催化剂进行粉碎预处理，其目的是

⑵“还原转化”中加入FeSCM的目的是将VO1转化为V02+,写出反应的离子方程式：

⑶加入H2O2的目的是将过量的Fe2,转化为Fe3\“氧化1”后，溶液中含有的金属阳离子

主要有Fe3+、Ni2\VO2+,调节pH使离子沉淀，若溶液中c(Ni2+)=0.2molL—,则调节溶

液的pH最小值为可使Fe3+沉淀完全(离子浓度W1.0X10-mol-L'时沉淀完全)，此

时(填“有”或"无”)Ni(OH)2沉淀生成{假设溶液体积不变，1g6^0.8,

l5

Kp[Fe(OH)3]=2.16X10-39,Arsp[Ni(OH)2]=2X10},

(4)“氧化2”过程中发生反应的离子方程式为。

⑸“沉机"时，通入氨气的作用是。

⑹若该废钮催化剂中V2O5的含量为10%(原料中所有的机已换算成V2O5)。取100g待处理

样品，按照上述流程进行实验。当加入150mL0.1molirKCIO3溶液时，溶液中的帆元素

恰好完全反应，则该工艺中钢的回收率是%。(假设与KCICh反应后的操作步骤中钢

元素无损失)

答案(1)增大接触面积，加快反应速率(2)VO9+Fe2++2H+=VO2++Fe3'+H2O(3)2.8

2++

无(4)3H2O+C1O?+6VO=6VO?+C1+6H(5)使VOj+bhOVOM+2H+平衡正

向移动，将VO?转化为VO3，同时增大NH；的浓度(6)81.9

解析向废饥催化剂中加入稀硫酸进行''酸浸"，V2O5和V2O4与稀硫酸反应分别生成VO；

和VC)2+,FezCh转化为Fe2(SO4)3,NiO转化为NiSC)4,过滤后的滤渣1主要成分为SiCh,加

入FeSCU将VO1转化为VO2+,加入H2O2将过量的Fe?+全部转化为Fe3+,便于后续“调pH”

步骤中除去，过滤得滤渣2,主要成分为Fe(OH)3,滤液2中加入萃取剂，“萃取”出含锐微

粒，再进行“反萃取”后得到含钮的溶液，加入H2so4和KC103的目的是将低价态的锐氧化

为+5价的锐，经过加入NH4cl和NH3后析出NH4VCh沉淀，最后“燃烧”得V2O5,据此分

析解题。(3)当c(Fe3+)=1.0X10-5molL-1时，根据Km的公式可知，溶液中的c(OH")=

。同2：黑]；。5mol-L-|=6X10-12111。卜「1，计算可得pH=2.8,QJNi(0H)2]

2+2_12224

=c(Ni)-c(OH)=0.2X(6.0X10-)=7.2X10~,因为e[Ni(OH)2]</rsp[Ni(OH)2],所以无

Ni(0H)2生成。(5)溶液中存在平衡V0；+H2。V0?+2H+,通入氨气，溶液中0丁浓度

增大，消耗了H+,该平衡正向移动，从而使V0夕尽可能都转化为V0,。(6)100g待处理样

10o55

品中，z??(V05)=100gX10%=10g,则〃0605)=7^^=37mol,即〃(V)=2Xmol

2iozg-moiy।5T

-1

mol;//(KC103)=0.15LXO.lmol-L=0.015mol,由于CIO手〜6VCP+,故〃(VC)2+)=

n

0.09mol,则该工艺中锐的回收率为霏*X100%=81.9%。

97mol

3.高铁酸钾(KzFeCU)是一种暗紫色固体，在低温碱性条件下比较稳定，微溶于KOH浓溶液。

工业上湿法制备LFeCU的流程如图：

过量NaClO、过量NaOH过量饱和KOH溶液

I,、I,、

Fe(NOJ，TOH过滤过滤n—KzFeO,

nn

NaChNaNO,滤液

(滤液)

⑴强碱性介质中，NaClO可氧化Fe(NO3)3生成高铁酸钠，写出该反应的离子方程式：

⑵请比较工业上湿法制备K2FeO4的条件下Na2FeO4和K2FeO4的溶解度大小：

Na2FeO4(填“>”或“=")K2FeC)4

(3)将Na2FeO4粗品［含有Fe(OH)3>NaCl等杂质］转化为K2FeO4的实验方案为

a.在不断搅拌下，将NazFeCU粗品溶于冷的3moiLiKOH溶液中，快速过滤除去Fe(0H)3

等难溶的物质。

b.将滤液置于中，向滤液中加入,过滤。

c.对产品进行洗涤时使用乙醵，其目的是(答两点)。

(4)高铁酸盐具有强氧化性，溶液pH越小氧化性越强，可用于除去废水中的氨、重金属等。

KzFeCU的浓度与pH关系如图1所示；用KzFeCU除去某氨氮(NH3-N)废水，氨氮去除率与pH

关系如图2所示；用KzFeCU处理Zi?+浓度为0.12mg［r的含锌废水{K.p［Zn(OH)2］=1.2X

10|7},锌残留量与pH关系如图3所示［已知：KzFeCU与H?O反应生成Fe(0H)3的过程中，

可以捕集某些难溶金属的氢氧化物形成共沉淀］。

78

-二1君7-

。V/

10都

0坐6

)1

、出

钗5vf

.0骏

如pH=7

.8

国4/

S.46V

O3

用

土2/

.2v

，2

KfeO的加入量/(mg・L—)

图2

♦FeO,的加入量/(mg・「)

图3

①图2中，pH越大氨氮的去除率越大，其原因可能是o

②图3中，pH=10时锌的去除率比pH=5时大得多，其原因是。(从锌

元素的存在的形态角度说明)。

-3+-

答案(1)3C10+2Fe+1OOH=2FeO3+3C1+5H2O(2)>(3)b.冰水饱和KOH溶

液c.除去杂质，减少K2FeO4的溶解；提高产率，能快速干燥(4)①高铁酸盐在酸性较强

的条件下不稳定，容易分解，与氨氮作用时间短，难以除去②pH=5时，锌元素以Zn?+形

式存在，pH=10时，锌元素几乎都以Zn(OH)2形式存在，Zn(OH)2被高铁酸钾水解生成的

Fe(OH)3捕集

解析硝酸铁和过量次氯酸钠在过量NaOH溶液中反应生成高铁酸钠、氯化钠、硝酸钠，过

滤，向滤渣高铁酸钠中加入饱和KOH溶液生成溶解度更小的高铁酸钾，再过滤得到高铁酸

钾。(2)生成的NazFeCU需要转化为钾盐，根据题中信息，说明溶解度：Na2FeO4>K2FeO4(>(3)

高铁酸钾低温下较稳定，可将滤液置于冰水中，由于高铁酸钾微溶于KOH浓溶液，故用饱

和KOH溶液溶解高铁酸钠；洗涤时不能用水洗，选用乙醇洗，是因为乙醇洗可以减少钾盐

的溶解，提高钾盐的产率，而且乙醇易挥发，可以更快地挥发并带走水分，能快速干燥。(4)①

图2中，pH越大氨氮的去除率越大，其原因可能是高铁酸钾在低温碱性条件下比较稳定，高

铁酸盐在酸性较强的条件下不稳定，容易分解，与氨氮作用时间短，难以除去。②由题意知,

含锌废水中锌离子的浓度为.65。口013~~1.85X10-6moi.L-ii当溶液pH为5时，溶液

中没有氢氧化锌沉淀生成，当溶液pH为10时，溶液中有氢氧化锌沉淀生成，由题给信息可

知，KzFeCU与H2O反应生成Fe(0H)3的过程中，可以捕集某些难溶金属的氢氧化物形成共沉

淀，故pH=10时锌的去除率比pH=5时大得多。

4.伯钉催化剂是甲醇燃料电池的阳极催化剂。一种以钉矿石［主要含RU(CO3)2,还含少量的

FeO、MgO、RUO4>CaO、SiO“为原料制备钉(Ru)的流程如图。回答下列问题：

Na2CO.t(aq),

稀硫酸，Na2SO3(aq)NaC103(aq)NaF(aq)

钉矿石R"s0必3铁)------&镁—

II

滤渣Na2Fe4(SO4)6(OH)2MgF2(s)

浓Naco3(叫)盐酸(NH|)>C>O(aq)Ar

T2IT4T

［沉钉1~T酸溶H沉钉2)-T灼烧1^^了

滤液1滤液2CO2

(l)Na2Fe4(SO4)6(OH)2中Fe的化合价为。

⑵''酸浸"时，Na2s。3的作用是«

“滤渣”的主要成分有SiCh和(填化学式)。“酸浸”中钉的浸出率与浸出温度、

pH的关系如图所示，“酸浸”的最佳条件是o

(3)“除铁”的离子方程式为(提示：］mol

NaClCh参与反应，转移6moi电子)。

(4)从“滤液2”中可提取一种化肥，其电子式为。

(5)"灼烧"时Ar的作用是.

(6)某工厂用10t钉矿石［含8.84tRU(CO3)2，165kgRuO4］,最终制得3636kgRu,则Ru的

产率为(结果保留三位有效数字)。

+2+

答案(1)+3价⑵溶解RUC>4CaSO4温度为65C、pH为1.0(3)6Na+12Fe+2C103

H

［H：N：H］+E：Cl：?

-

+18SOr+6H2O=3Na2Fe4(SO4)6(OH)2I+2C1+6OH^(4)H(5)作

保护气，防止钉与空气中的氧气反应(6)87.8%

解析由题给流程可知，行矿石中加稀硫酸和亚硫酸钠“酸浸”时，钉元素转化为硫酸钉，

氧化亚铁、氧化镁转化为硫酸亚铁、硫酸镁，氧化钙与稀硫酸反应生成硫酸钙，二氧化硅与

硫酸不反应，过滤得到含有二氧化硅、硫酸钙的滤渣和含有硫酸钉的滤液；向滤液中加入氯

酸钠溶液、碳酸钠溶液将铁元素转化为Na2Fe4(SO4)6(OH)2沉淀，过滤，向滤液中加入氟化钠

溶液将镁元素转化为氟化镁沉淀，过滤，向滤液中加入浓碳酸钠溶液将好元素转化为碳酸好

沉淀，碳酸钉溶于盐酸得到氯化钉，向氯化钉溶液中加入草酸镁溶液将氯化好转化为草酸行

沉淀，在民气氛围中灼烧草酸钉制得钉。（3）由分析可知，加入氯酸钠溶液、碳酸钠溶液的目

的是将铁元素转化为Na2Fe4（SCU）6（OH）2沉淀，反应的离子方程式为6Na++12Fe2++2ClO；+

18SOF+6H2O=3Na2Fe4（SO4）6（OH）2I+2C「+6OH，（5）灼烧时最气的作用是作保护气，

否则反应得到的钉会被空气中的氧气氧化。（6）若10t钉矿石最终制得3636kg钉，由钉原子

3636义叫

101gmol1

个数守恒可知，钉的产率为藐而m6gi65XK）3gX100%）87.8%。

221g.mol-1^165g-mol-1

5.镁菱锌矿（主要成分为ZnCCh、MgCCh等，含有少量FeCCh、CaCCh等杂质）可用于生产

媒染剂、防腐剂ZnSOQHzO以及耐火材料MgO。制备工艺流程如下：

浓

酸

礴

盐1f

-t

镁

-氧

-，

菱

化

过

国

一

锌-T

除

滤-—ZnSO,­7Hq

离

矿

铁

丁

营

心

丁

制

-洗Y-MgO

涤

会

针铁矿渣一

FeOOH

已知:65℃时Ksp[Mg（OH）2]=1.8X10"；

l713

^sP[Zn（OH）2]=2.0X10,A：w=10^；lg2比0.3。

回答下列有关问题：

⑴浓盐酸浸取矿石时，保持较大液固体积比（如3：1）,目的是,还可采用

（写出一种）等方式达到此目的。

⑵“氧化除铁”在90℃,控制溶液pH在4.0〜5.0,得到针铁矿渣的离子方程式为

（3）“沉锌”前,滤液（65℃）中含有0.50molLrZP和1.8molLrMg2+,保持该温度,则应

加入氨水调节pH在______________范围（cW1.0Xl（）5moLLr,沉淀完全）。利用平衡移动原

理说明“沉锌”时加入氨水的作用是。

⑷“酸解”后获得ZnSO’7H2O的操作依次经过蒸发浓缩、、过滤、洗涤、干燥。

制得的ZnSO4-7H2O在烘干时需减压烘干的